ES2964492T3 - electric arc furnace - Google Patents

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ES2964492T3 ES20382275T ES20382275T ES2964492T3 ES 2964492 T3 ES2964492 T3 ES 2964492T3 ES 20382275 T ES20382275 T ES 20382275T ES 20382275 T ES20382275 T ES 20382275T ES 2964492 T3 ES2964492 T3 ES 2964492T3
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Landart David Eguizabal
Aviles José Luis Oncala
Pernas Antxon Artola
Zabaleta Jon Ander Iparraguirre
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Abstract

Un horno (1) de arco de plasma de corriente continua para fundir y/o tratar un material mediante la producción de arcos eléctricos y proporcionar un producto fundido, comprendiendo el horno (1); un tanque (10) que comprende: un crisol (12) que delimita una cámara (11) configurada para recibir material a fundir y/o tratar; una pluralidad de paredes refractarias que rodean la superficie exterior del crisol (12); y un marco metálico (15) que cubre las paredes refractarias; y un sistema de calentamiento configurado para calentar el material recibido, comprendiendo el sistema de calentamiento un primer electrodo que actúa como cátodo (13) y un segundo electrodo (120) que actúa como ánodo, en donde el primer electrodo que actúa como cátodo (13) es un electrodo móvil configurado para proyectarse verticalmente dentro de la cámara (11) delimitada por el crisol (12). El crisol (12) está fabricado de un material que comprende al menos un 98% de grafito sintético, siendo el crisol (12) parte de un sistema de ánodo que comprende también dicho segundo electrodo (120) y al menos una parte (12', 12") conectar el crisol (12) y el segundo electrodo (120), teniendo dicho crisol (12) una doble función: recibir y retener material a fundir y/o tratar y proporcionar conducción eléctrica para el flujo de corriente para calentar dicho material, en de tal manera que, en uso del horno (1), la diferencia de potencial de voltaje entre el cátodo (13) y cualquier punto de la superficie del crisol (12) definido para estar en contacto con el material a fundir y/o tratado es el mismo. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)A direct current plasma arc furnace (1) for melting and/or treating a material by producing electric arcs and providing a molten product, comprising the furnace (1); a tank (10) comprising: a crucible (12) that delimits a chamber (11) configured to receive material to be melted and/or treated; a plurality of refractory walls surrounding the outer surface of the crucible (12); and a metal frame (15) that covers the refractory walls; and a heating system configured to heat the received material, the heating system comprising a first electrode that acts as a cathode (13) and a second electrode (120) that acts as an anode, where the first electrode that acts as a cathode (13 ) is a mobile electrode configured to project vertically into the chamber (11) delimited by the crucible (12). The crucible (12) is made of a material that comprises at least 98% synthetic graphite, the crucible (12) being part of an anode system that also comprises said second electrode (120) and at least a part (12' , 12") connect the crucible (12) and the second electrode (120), said crucible (12) having a double function: receiving and retaining material to be melted and/or treated and providing electrical conduction for the flow of current to heat said material, in such a way that, in use of the furnace (1), the voltage potential difference between the cathode (13) and any point on the surface of the crucible (12) defined to be in contact with the material to be melted and /o treaty is the same. (Automatic translation with Google Translate, without legal value)

Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

Horno de arco eléctrico electric arc furnace

Campo técnicoTechnical field

La presente invención se refiere al campo de los hornos de arco eléctrico para aplicaciones químicas y/o metalúrgicas, tales como la fusión y/o el tratamiento de metales y/o desechos metálicos y/o subproductos que contienen metales y otros compuestos químicos, tales como óxidos metálicos. The present invention relates to the field of electric arc furnaces for chemical and/or metallurgical applications, such as the melting and/or treatment of metals and/or metal waste and/or byproducts containing metals and other chemical compounds, such as metal oxides.

Estado de la técnicaState of the art

Una amplia variedad de hornos cuya geometría, procedimiento y sistemas de calentamiento difieren significativamente y se utilizan en diferentes aplicaciones químicas y metalúrgicas. Dependiendo de su modo de operación, los hornos se pueden agrupar en hornos continuos o discontinuos, que pueden utilizar electricidad o combustibles fósiles. También se pueden clasificar de acuerdo con su geometría. Pueden ser de aplicación directa o indirecta. Las ventajas de cada tipo de horno dependen de varios factores, tales como el tipo y tamaño de la carga utilizada, ya que la carga determina la eficiencia energética y la calidad metalúrgica resultante del proceso aplicado, tal como el proceso de fusión o tratamiento. A wide variety of furnaces whose geometry, procedure and heating systems differ significantly and are used in different chemical and metallurgical applications. Depending on their mode of operation, furnaces can be grouped into continuous or batch furnaces, which can use electricity or fossil fuels. They can also be classified according to their geometry. They can be of direct or indirect application. The advantages of each type of furnace depend on several factors, such as the type and size of the charge used, since the charge determines the energy efficiency and the metallurgical quality resulting from the applied process, such as the melting or treatment process.

Un tipo bien conocido de horno que utiliza electricidad es el horno de arco eléctrico de corriente continua (CC). En el documento US4466824 se divulga un ejemplo de horno de arco eléctrico de CC. El horno tiene un crisol para recoger el material fundido. La superficie del crisol concebida para estar en contacto con el material fundido está hecha de material refractario. Se monta un ánodo en la sección inferior del crisol. En la parte superior del horno está dispuesta una cubierta. Se inserta un cátodo en el horno a través de una abertura central realizada en la cubierta. Durante el funcionamiento del horno, cuando la punta del cátodo está muy cerca del material fundido que llena el crisol, se inicia un arco de plasma. El documento de patente KR 101 731 990 B1 tiene la especificidad de que el ánodo está montado sobre un soporte de varilla colocado debajo del horno de arco eléctrico de corriente continua. A well-known type of furnace that uses electricity is the direct current (DC) electric arc furnace. An example of a DC electric arc furnace is disclosed in US4466824. The furnace has a crucible to collect the molten material. The surface of the crucible designed to be in contact with the molten material is made of refractory material. An anode is mounted in the lower section of the crucible. A cover is arranged in the upper part of the oven. A cathode is inserted into the furnace through a central opening made in the cover. During furnace operation, when the tip of the cathode is very close to the molten material filling the crucible, a plasma arc is initiated. The patent document KR 101 731 990 B1 has the specificity that the anode is mounted on a rod support placed below the direct current electric arc furnace.

En otros hornos de arco CC, el ánodo está construido en el crisol en forma de diferentes tipos de conductores eléctricos insertados dentro del material refractario del que está hecho el crisol. Esto se divulga, por ejemplo, en los documentos US4541099, US5381440 y US5381441. In other DC arc furnaces, the anode is built into the crucible in the form of different types of electrical conductors inserted into the refractory material from which the crucible is made. This is disclosed, for example, in US4541099, US5381440 and US5381441.

Sin embargo, en las divulgaciones citadas hay áreas de conexión eléctrica local que pueden tener una mala conductividad al iniciar el funcionamiento con cargas a baja temperatura (por ejemplo <750 °C para cargas ferrosas o <450 °C para cargas de cobre no ferrosas) o incluso a temperatura ambiente desde el arranque en frío del horno. Una mala conductividad en el circuito eléctrico puede generar enormes pérdidas de energía e incluso un mal funcionamiento de la instalación. De la misma manera, este tipo de conexiones locales pueden perder completamente la conductividad eléctrica debido a las cavidades que se forman en la carga durante la fusión o carga del horno. However, in the cited disclosures there are local electrical connection areas that may have poor conductivity when starting operation with low temperature loads (e.g. <750°C for ferrous loads or <450°C for non-ferrous copper loads). or even at room temperature from the cold start of the oven. Poor conductivity in the electrical circuit can generate enormous energy losses and even malfunction of the installation. Likewise, these types of local connections can completely lose electrical conductivity due to cavities that form in the charge during melting or furnace charging.

Descripción de la invenciónDescription of the invention

La presente invención proporciona un horno de arco eléctrico mejorado para aplicaciones químicas y/o metalúrgicas, tales como la fusión y/o el tratamiento de metales y/o desechos metálicos y/o subproductos que contienen metales y otros compuestos químicos, tales como óxidos metálicos, ya sean óxidos metálicos simples o complejos. The present invention provides an improved electric arc furnace for chemical and/or metallurgical applications, such as melting and/or treating metals and/or metal scraps and/or by-products containing metals and other chemical compounds, such as metal oxides. , whether simple or complex metal oxides.

El horno de la invención comprende una cámara delimitada por un crisol. La cámara tiene la doble función de recibir el material a tratar y calentarlo para su tratamiento. El horno se calienta mediante un sistema eléctrico, tal como un sistema eléctrico de antorcha de plasma, que tiene dos electrodos: cátodo y ánodo. El sistema eléctrico está equipado con una fuente de alimentación CC. Durante el funcionamiento del horno, los electrodos permiten que la corriente fluya de un electrodo al otro. El ánodo del sistema de plasma es la superficie que delimita la cámara, esto es, el crisol del horno. El cátodo es un electrodo, preferentemente un electrodo de grafito, dispuesto en la parte superior de la cámara. El cátodo se puede mover verticalmente, hacia la cámara que contiene el material a calentar. El cátodo y el ánodo están eléctricamente aislados entre sí. Durante el funcionamiento, cuando la punta del cátodo está muy cerca del material fundido que llena el crisol, esto es, el ánodo, se inicia un arco de plasma. El cuerpo principal del horno está hecho de uno o más materiales refractarios que rodean el crisol. The oven of the invention comprises a chamber delimited by a crucible. The chamber has the double function of receiving the material to be treated and heating it for treatment. The furnace is heated by an electrical system, such as a plasma torch electrical system, which has two electrodes: cathode and anode. The electrical system is equipped with a DC power supply. During furnace operation, the electrodes allow current to flow from one electrode to the other. The anode of the plasma system is the surface that delimits the chamber, that is, the crucible of the furnace. The cathode is an electrode, preferably a graphite electrode, arranged at the top of the chamber. The cathode can move vertically, towards the chamber containing the material to be heated. The cathode and anode are electrically isolated from each other. During operation, when the tip of the cathode is very close to the molten material filling the crucible, that is, the anode, a plasma arc is initiated. The main body of the furnace is made of one or more refractory materials surrounding the crucible.

De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un horno de arco de plasma de corriente continua para fundir y/o tratar un material mediante la producción de arcos eléctricos y proporcionando un producto fundido. El horno comprende: un tanque que comprende un crisol que delimita una cámara configurada para recibir material a fundir y/o tratar, una pluralidad de paredes refractarias que rodean la superficie exterior del crisol y un marco metálico que cubre las paredes refractarias; y un sistema de calentamiento configurado para calentar el material recibido, comprendiendo el sistema de calentamiento un primer electrodo que actúa como cátodo y un segundo electrodo que actúa como ánodo, en donde el primer electrodo que actúa como cátodo es un electrodo móvil configurado para proyectarse verticalmente dentro de la cámara delimitada por el crisol. El crisol está fabricado de un material que comprende al menos un 98 % de grafito sintético, siendo el crisol parte de un sistema anódico que también comprende dicho segundo electrodo y al menos una parte que conecta el crisol y el segundo electrodo, teniendo dicho crisol una doble función: recibir y contener material a fundir y/o tratar y proporcionar conducción eléctrica para el flujo de corriente para calentar dicho material, de tal manera que, cuando el horno está en uso, la diferencia de potencial de tensión entre el cátodo y cualquier punto de la superficie del crisol definido para estar en contacto con el material a fundir y/o tratar es la misma. Al menos una parte del sistema anódico comprende: una primera porción alargada que tiene un primer extremo conectado a la pared inferior del crisol y que se extiende radialmente desde el mismo; y una segunda porción alargada que tiene un primer extremo conectado al segundo extremo de la primera porción alargada, extendiéndose la segunda porción alargada verticalmente hasta que su segundo extremo asoma fuera del horno. According to a first aspect of the present invention, a direct current plasma arc furnace is provided for melting and/or treating a material by producing electric arcs and providing a molten product. The furnace comprises: a tank comprising a crucible that delimits a chamber configured to receive material to be melted and/or treated, a plurality of refractory walls that surround the outer surface of the crucible and a metal frame that covers the refractory walls; and a heating system configured to heat the received material, the heating system comprising a first electrode that acts as a cathode and a second electrode that acts as an anode, wherein the first electrode that acts as a cathode is a mobile electrode configured to project vertically inside the chamber delimited by the crucible. The crucible is made of a material comprising at least 98% synthetic graphite, the crucible being part of an anode system that also comprises said second electrode and at least a part that connects the crucible and the second electrode, said crucible having a dual function: receive and contain material to be melted and/or treated and provide electrical conduction for the flow of current to heat said material, in such a way that, when the furnace is in use, the voltage potential difference between the cathode and any point on the surface of the crucible defined to be in contact with the material to be melted and/or treated is the same. At least a portion of the anode system comprises: a first elongated portion having a first end connected to the bottom wall of the crucible and extending radially therefrom; and a second elongated portion having a first end connected to the second end of the first elongated portion, the second elongated portion extending vertically until its second end protrudes out of the oven.

En las realizaciones de la invención, el sistema de calentamiento comprende una antorcha de plasma. In embodiments of the invention, the heating system comprises a plasma torch.

En las realizaciones de la invención, el cátodo está hecho de un material que comprende al menos un 98 % en peso de grafito sintético. In embodiments of the invention, the cathode is made of a material comprising at least 98% by weight of synthetic graphite.

En las realizaciones de la invención, la pluralidad de paredes refractarias dispuestas entre la superficie exterior del crisol y el marco metálico comprende: una primera capa de material refractario que rodea verticalmente la pared perimetral del crisol; una segunda capa de material refractario que rodea verticalmente la primera capa; una tercera capa de material refractario dispuesta debajo de la parte inferior del crisol; y una cuarta capa de material refractario que rodea verticalmente la segunda capa y en contacto con el marco metálico exterior. In embodiments of the invention, the plurality of refractory walls arranged between the outer surface of the crucible and the metal frame comprises: a first layer of refractory material that vertically surrounds the perimeter wall of the crucible; a second layer of refractory material vertically surrounding the first layer; a third layer of refractory material arranged under the bottom of the crucible; and a fourth layer of refractory material that vertically surrounds the second layer and in contact with the outer metal frame.

La primera capa comprende preferentemente corindón a base de alúmina. Más preferentemente, está hecha de corindón auto-sinterizable a base de alúmina que tiene una cantidad de alúmina superior al 85 % en peso. The first layer preferably comprises alumina-based corundum. More preferably, it is made of self-sintering alumina-based corundum having an amount of alumina greater than 85% by weight.

La segunda capa comprende preferentemente hormigón a base de alúmina. Más preferentemente, está hecha de hormigón conformado a base de alúmina que tiene una cantidad de alúmina superior al 90 % en peso. The second layer preferably comprises alumina-based concrete. More preferably, it is made of alumina-based formed concrete having an amount of alumina greater than 90% by weight.

La tercera capa y la cuarta capa comprenden preferentemente bauxita calcinada. Más preferentemente, también comprenden hormigón a base de alúmina. The third layer and the fourth layer preferably comprise calcined bauxite. More preferably, they also comprise alumina-based concrete.

En las realizaciones de la invención, la cuarta capa se extiende hacia abajo con respecto a la tercera capa, rodeando las porciones refractarias anteriores dispuestas alrededor del crisol. In embodiments of the invention, the fourth layer extends downward with respect to the third layer, surrounding the previous refractory portions disposed around the crucible.

En las realizaciones de la invención, el horno comprende además una quinta capa de material refractario que rodea la segunda porción alargada del sistema anódico, siendo la quinta capa un refractario auto-sinterizable a base de sílice. In embodiments of the invention, the furnace further comprises a fifth layer of refractory material surrounding the second elongated portion of the anode system, the fifth layer being a self-sintering silica-based refractory.

En otro aspecto de la invención, el uso del horno anteriormente descrito, se proporciona, para fundir o tratar metales y/o desechos metálicos y/o subproductos que contengan metales y otros compuestos químicos. In another aspect of the invention, the use of the oven described above is provided for melting or treating metals and/or metal scraps and/or by-products containing metals and other chemical compounds.

Gracias a su diseño y geometría, el horno propuesto es altamente eficiente y tiene bajo consumo energético y alto rendimiento metalúrgico. De forma adicional, el horno es versátil ya que se puede utilizar para fundir/tratar diferentes tipos de materiales. Thanks to its design and geometry, the proposed furnace is highly efficient and has low energy consumption and high metallurgical performance. Additionally, the furnace is versatile as it can be used to melt/treat different types of materials.

Las ventajas y características adicionales de la invención resultarán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada y se señalarán especialmente en las reivindicaciones adjuntas. Additional advantages and features of the invention will become apparent from the following detailed description and will be especially noted in the appended claims.

Breve descripción de los dibujosBrief description of the drawings

Para completar la descripción y con el fin de proporcionar una mejor comprensión de la invención, se proporciona un conjunto de dibujos. Dichos dibujos forman parte integral de la descripción e ilustran una realización de la invención, que no deben interpretarse como que restringen el alcance de la invención, sino solo como un ejemplo de cómo puede realizarse la invención. Los dibujos comprenden las siguientes figuras: To complete the description and in order to provide a better understanding of the invention, a set of drawings is provided. Said drawings form an integral part of the description and illustrate an embodiment of the invention, which should not be construed as restricting the scope of the invention, but only as an example of how the invention can be carried out. The drawings include the following figures:

Las Figuras 1A-1C muestran diferentes vistas de un horno de acuerdo con una realización de la invención. Figures 1A-1C show different views of an oven according to an embodiment of the invention.

La Figura 2 muestra esquemáticamente una vista en sección transversal de un tanque comprendido en el horno de la Figura 1, de acuerdo con una realización de la invención. Figure 2 schematically shows a cross-sectional view of a tank comprised in the oven of Figure 1, in accordance with an embodiment of the invention.

La Figura 3 muestra esquemáticamente una vista en sección transversal de un horno de acuerdo con una realización de la invención. Figure 3 schematically shows a cross-sectional view of an oven according to an embodiment of the invention.

Las Figuras 4A-4D muestran diferentes vistas de las partes que forman el ánodo del sistema de calentamiento del horno de la Figura 1. Figures 4A-4D show different views of the parts that form the anode of the heating system of the oven of Figure 1.

Las figuras 5A-5B muestran esquemáticamente las partes que forman el ánodo, una vez montado, del horno de la Figura 1. Figures 5A-5B schematically show the parts that form the anode, once assembled, of the oven of Figure 1.

La Figura 6 muestra esquemáticamente un circuito eléctrico para alimentar el horno, de acuerdo con una realización de la invención. Figure 6 schematically shows an electrical circuit for powering the oven, according to one embodiment of the invention.

La Figura 7 muestra una vista lateral del horno de acuerdo con una realización de la invención, en la que se ilustra un conducto de extracción para extraer humos del horno. Figure 7 shows a side view of the oven according to an embodiment of the invention, in which an extraction duct for extracting fumes from the oven is illustrated.

Descripción de una forma de realizar la invenciónDescription of a way of carrying out the invention

La siguiente descripción no debe tomarse en un sentido limitante, sino que se proporciona únicamente con el fin de describir los principios generales de la invención. Las siguientes realizaciones de la invención se describirán a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos mencionados anteriormente que muestran aparatos y resultados de acuerdo con la invención. The following description should not be taken in a limiting sense, but is provided solely for the purpose of describing the general principles of the invention. The following embodiments of the invention will be described by way of example, with reference to the above-mentioned drawings showing apparatus and results according to the invention.

En referencia a las figuras, a continuación se describe una posible realización del horno de esta invención. El horno es un horno de fusión, lo que significa que procesa material en estado fundido. El producto resultante tras el tratamiento aplicado en el horno se encuentra en estado líquido. El horno de la invención se basa en el calentamiento directo del material cargado mediante un arco de plasma de corriente continua (CC), también conocido como chorro de plasma CC, obtenido de dos electrodos. En particular, el horno 1 se calienta mediante un sistema de calentamiento, tal como un sistema de antorcha de plasma, que comprende dos electrodos: un primer electrodo que actúa como cátodo 13 (electrodo negativo) y un segundo electrodo que actúa como ánodo 120 (electrodo positivo), como se muestra, por ejemplo, en las Figuras 1A-1C. La referencia 120 denota la conexión del ánodo. Como se puede deducir de la vista lateral que se muestra en la Figura 1A, el horno de arco CC 1 comprende un tanque, contenedor o recipiente 10 que define una cámara o volumen interior 11 (visto por ejemplo en la vista en sección transversal del tanque de la Figura 2). Preferentemente, la cámara 11 es una cámara sustancialmente central en el horno 1. Durante el uso del horno 1, la cámara 11 se llena con material -tal como masa fundida- a tratar, tal como metales, desechos metálicos o subproductos que contengan metales y otros compuestos químicos, tales como óxidos metálicos. Las paredes interiores (fondo y paredes laterales) del horno que definen la cámara 11 constituyen un crisol 12. En otras palabras, el crisol 12 recibe el material a tratar, en donde este se calienta. Por tanto, el crisol 12 tiene la doble función de recibir el material a tratar y calentar/tratar el material. Como se describirá en detalle con referencia a la Figura 2, el crisol 12 está rodeado por una o más capas o paredes o material refractario. Por último, la capa exterior del horno 1 está hecha de metal. En otras palabras, un marco metálico 15 rodea las paredes refractarias exteriores, formando un recipiente metálico. El marco metálico 15 permite la expansión térmica de los materiales que forman las capas refractarias, evitando la formación de grietas en dichos materiales. Un diseño correcto en términos de simetría, distancias bien establecidas y aislamiento térmico permite un calentamiento homogéneo y, por tanto, un horno optimizado. With reference to the figures, a possible embodiment of the oven of this invention is described below. The furnace is a melting furnace, meaning it processes material in a molten state. The resulting product after the treatment applied in the oven is in a liquid state. The oven of the invention is based on the direct heating of the charged material by means of a direct current (DC) plasma arc, also known as a DC plasma jet, obtained from two electrodes. In particular, the oven 1 is heated by a heating system, such as a plasma torch system, comprising two electrodes: a first electrode acting as a cathode 13 (negative electrode) and a second electrode acting as an anode 120 ( positive electrode), as shown, for example, in Figures 1A-1C. Reference 120 denotes the anode connection. As can be deduced from the side view shown in Figure 1A, the CC arc furnace 1 comprises a tank, container or vessel 10 defining a chamber or interior volume 11 (seen for example in the cross-sectional view of the tank of Figure 2). Preferably, the chamber 11 is a substantially central chamber in the furnace 1. During use of the furnace 1, the chamber 11 is filled with material - such as melt - to be treated, such as metals, metal scraps or by-products containing metals and other chemical compounds, such as metal oxides. The interior walls (bottom and side walls) of the oven that define the chamber 11 constitute a crucible 12. In other words, the crucible 12 receives the material to be treated, where it is heated. Therefore, the crucible 12 has the double function of receiving the material to be treated and heating/treating the material. As will be described in detail with reference to Figure 2, the crucible 12 is surrounded by one or more layers or walls or refractory material. Lastly, the outer layer of oven 1 is made of metal. In other words, a metal frame 15 surrounds the outer refractory walls, forming a metal container. The metal frame 15 allows the thermal expansion of the materials that form the refractory layers, preventing the formation of cracks in said materials. A correct design in terms of symmetry, well-established distances and thermal insulation allows for homogeneous heating and, therefore, an optimized oven.

El marco metálico 15 también es adecuado para sostener el horno 1 con el fin de inclinarlo para verter la masa fundida cuando el lote/colada esté listo. El crisol 12 y sus capas circundantes (capas refractarias y estructura metálica) no están refrigerados. En otras palabras, no hay ningún medio de enfriamiento que rodee el crisol. Esto se debe a que el horno 1 está destinado a fundir y tratar material, que nunca solidifica dentro del crisol 12. Por el contrario, una vez fundido/tratado, el material líquido (metal fundido) se extrae del horno. Por este motivo, se desaconseja el uso de medios de enfriamiento que rodeen el crisol 12. Por tanto, el horno 1 no es adecuado para producir bloques sólidos dentro del crisol 12. The metal frame 15 is also suitable for supporting the oven 1 in order to tilt it for pouring the melt when the batch/pouring is ready. Crucible 12 and its surrounding layers (refractory layers and metal structure) are not cooled. In other words, there is no cooling medium surrounding the crucible. This is because furnace 1 is intended to melt and treat material, which never solidifies inside crucible 12. On the contrary, once melted/treated, the liquid material (molten metal) is removed from the furnace. For this reason, the use of cooling media surrounding crucible 12 is discouraged. Furnace 1 is therefore not suitable for producing solid blocks within crucible 12.

En la realización mostrada en la Figura 1A, el horno 1 está montado sobre una plataforma 20. La plataforma 20 permite inclinar el horno 1, por ejemplo con fines de limpieza. Por tanto, el horno 1 se puede inclinar hasta 90° para la extracción del metal y el vaciado parcial o completo (porificación/colada). Durante esta operación, también se puede sacar la escoria del horno y limpiar el crisol. Si, durante el funcionamiento, es necesaria una eliminación parcial de la escoria, dependiendo, por ejemplo, de las características del material fundido, es posible que no se realice de forma correcta y segura utilizando sistemas de inclinación convencionales. Por este motivo, se utiliza la plataforma 20, lo que permite inclinar ligeramente el horno de forma perpendicular con respecto a la dirección de inclinación adecuada. Esto permite la limpieza de escoria mientras el metal fundido/refinado se mantiene en el crisol. Formas alternativas de extraer el metal fundido del horno 1 pueden ser la extracción manual o la extracción utilizando medios de bombeo, entre otras. In the embodiment shown in Figure 1A, the oven 1 is mounted on a platform 20. The platform 20 allows the oven 1 to be tilted, for example for cleaning purposes. Therefore, furnace 1 can be tilted up to 90° for metal extraction and partial or complete emptying (porification/casting). During this operation, the slag can also be removed from the furnace and the crucible cleaned. If, during operation, partial slag removal is necessary, depending, for example, on the characteristics of the molten material, this may not be done correctly and safely using conventional tilting systems. For this reason, platform 20 is used, which allows the oven to be slightly tilted perpendicular to the appropriate tilt direction. This allows for slag cleaning while the molten/refined metal remains in the crucible. Alternative ways of extracting the molten metal from the furnace 1 may be manual extraction or extraction using pumping means, among others.

Una parte de la carga (material que se está tratando/calentando) se puede gasificar, en cuyo caso se recoge con un sistema de filtro de polvo, que dispone de un medio captador de humos en la parte superior del horno, alrededor del anillo superior. El humo es capturado en la zona superior del horno, conducido y extraído del horno a través del conducto de extracción 25 (véase la Figura 7), desde el cual el humo se suministra a un sistema principal de captura de humo, no mostrado, que está fuera del alcance de la presente invención. A part of the load (material being treated/heated) can be gasified, in which case it is collected with a dust filter system, which has a smoke capture medium in the upper part of the oven, around the upper ring. . The smoke is captured in the upper area of the furnace, conducted and extracted from the furnace through the extraction duct 25 (see Figure 7), from which the smoke is supplied to a main smoke capture system, not shown, which is outside the scope of the present invention.

El horno 1 también comprende una cubierta 21, como se muestra, por ejemplo, en la Figura 1B, que cierra el tanque 10 durante el funcionamiento del horno por razones de seguridad. La cubierta 21 se abre o se cierra mediante medios de accionamiento 23, que están fuera del alcance de la presente invención. La cubierta 21 tiene un orificio, entrada o hueco pasante 26 a través del cual se inserta el electrodo que actúa como cátodo 13 en el tanque 10, esto es, en el volumen 11 definido por el crisol 12. El hueco 26 está situado preferentemente en el centro de la cubierta 21, estando la cubierta 21 preferentemente centrada con respecto a la cámara 11. El hueco 26 puede tener un desplazamiento máximo de aproximadamente el 15%(medido con respecto al diámetro de la cámara) con respecto al centro de la cubierta 21. El material que se va a alimentar al crisol 12 para fundirlo se transporta al crisol 12 a través de un segundo orificio, entrada o hueco pasante 27 en la cubierta 21. Se puede realizar la alimentación de material, por ejemplo, mediante un sistema de alimentación vibratorio. El material se puede cargar manualmente, con tornillos dosificadores, o mediante cualquier otro medio de carga adecuado. The oven 1 also comprises a cover 21, as shown, for example, in Figure 1B, which closes the tank 10 during operation of the oven for safety reasons. The cover 21 is opened or closed by actuation means 23, which is outside the scope of the present invention. The cover 21 has a hole, inlet or through hole 26 through which the electrode acting as cathode 13 is inserted into the tank 10, that is, in the volume 11 defined by the crucible 12. The hole 26 is preferably located in the center of the cover 21, the cover 21 being preferably centered with respect to the chamber 11. The gap 26 can have a maximum displacement of approximately 15% (measured with respect to the diameter of the chamber) with respect to the center of the cover 21. The material to be fed to the crucible 12 for melting is transported to the crucible 12 through a second hole, inlet or through hole 27 in the cover 21. Material feeding can be carried out, for example, by a system vibratory feeding. Material can be loaded manually, with metering screws, or by any other suitable loading means.

Durante el funcionamiento, el horno, en particular el crisol 12 y el material contenido en el mismo, se calienta mediante un sistema de calentamiento que comprende los dos electrodos, cátodo y ánodo, necesarios para permitir que la corriente fluya de un electrodo al otro cuando se enciende la fuente de alimentación de CC con la que está equipado el sistema de calentamiento. La Figura 6 ilustra un diagrama de bloques del circuito eléctrico para alimentar el horno 1. La conexión catódica 13 está conectada eléctricamente a una conexión correspondiente en un panel o placa eléctrica 51. De forma similar, la conexión de ánodo 120 está conectada eléctricamente a una conexión correspondiente en el panel o tablero eléctrico 51. Ambas conexiones se realizan normalmente con un cable eléctrico de CC convencional 28. Estos cables 28 se enfrían preferentemente mediante medios de refrigeración, tal como agua. El panel o tablero eléctrico 51 está a su vez conectado eléctricamente a un rectificador 52. Las conexiones del cátodo 13 y del ánodo 120 también se muestran en la vista en sección transversal de la Figura 3. During operation, the furnace, in particular the crucible 12 and the material contained therein, is heated by a heating system comprising the two electrodes, cathode and anode, necessary to allow current to flow from one electrode to the other when the DC power supply with which the heating system is equipped is turned on. Figure 6 illustrates a block diagram of the electrical circuit for powering the furnace 1. The cathode connection 13 is electrically connected to a corresponding connection on an electrical panel or plate 51. Similarly, the anode connection 120 is electrically connected to a corresponding connection on the electrical panel 51. Both connections are typically made with a conventional DC electrical cable 28. These cables 28 are preferably cooled by cooling media, such as water. The electrical panel 51 is in turn electrically connected to a rectifier 52. The connections of the cathode 13 and the anode 120 are also shown in the cross-sectional view of Figure 3.

El cátodo 13 es un electrodo móvil. En realizaciones de la invención es la parte móvil de una antorcha de plasma. Debido a su movimiento lineal, proporciona al horno la capacidad de regular la potencia de acuerdo con las condiciones de funcionamiento del horno. El electrodo que actúa como cátodo 13 se introduce -gracias a su movimiento lineal- a través del orificio 26 en el interior del tanque 10, esto es, en el volumen 11 definido por el crisol 12. Gracias al movimiento lineal de la antorcha de plasma catódico, la potencia en la entrada de la cámara se puede ajustar, ya que la posición del electrodo móvil se puede cambiar dependiendo de la resistividad eléctrica de la carga (fusión, etc.). A través del hueco 26 practicado en la cubierta 21, el electrodo 13 sobresale de manera desplazable verticalmente en el volumen definido por el crisol 12 y forma el cátodo 13 para el arco voltaico CC. Por lo tanto, el cátodo 13 tiene capacidad de movimiento lineal. The cathode 13 is a moving electrode. In embodiments of the invention it is the moving part of a plasma torch. Due to its linear movement, it provides the oven with the ability to regulate power according to the operating conditions of the oven. The electrode that acts as cathode 13 is introduced - thanks to its linear movement - through the hole 26 inside the tank 10, that is, into the volume 11 defined by the crucible 12. Thanks to the linear movement of the plasma torch cathodic, the power at the chamber input can be adjusted, since the position of the moving electrode can be changed depending on the electrical resistivity of the load (fusion, etc.). Through the hole 26 made in the cover 21, the electrode 13 protrudes in a vertically movable manner in the volume defined by the crucible 12 and forms the cathode 13 for the DC electric arc. Therefore, cathode 13 is capable of linear movement.

El electrodo 13 se sujeta, por ejemplo, mediante un brazo de soporte móvil 22 accionado con un conector eléctricamente activo 24, tal como una abrazadera. La abrazadera tiene funciones tanto mecánicas como eléctricas (sostiene el brazo de soporte 22 y realiza el cableado eléctrico). Los conectores 24 (tales como las abrazaderas) también conectan los electrodos -el cátodo 13 y el ánodo (crisol) 12-con el cableado eléctrico 28 requerido. El cableado eléctrico 28 se representa esquemáticamente en la Figura 6. La abrazadera 24 está hecha, por ejemplo, de una aleación de cobre. En otras palabras, puede estar hecha de compuestos a base de cobre, por ejemplo de compuestos que comprenden al menos un 75 % de cobre y opcionalmente al menos uno de Zn/Sn/Ni/Al/Fe. Las abrazaderas 24 están diseñadas para facilitar el desmontaje y cambio de electrodos. La abrazadera 24 se enfría, por ejemplo mediante agua. Este conjunto -brazo de soporte móvil 22 y abrazadera eléctricamente activa 24- se realiza mediante una parte de aislamiento de revestimiento que tiene alta resistividad eléctrica y resistencia térmica, permitiendo así temperaturas de trabajo superiores a los 200 °C. Los medios de aislamiento y los medios de enfriamiento están fuera del alcance de la presente invención. The electrode 13 is held, for example, by a movable support arm 22 actuated with an electrically active connector 24, such as a clamp. The clamp has both mechanical and electrical functions (holds the support arm 22 and performs electrical wiring). The connectors 24 (such as clamps) also connect the electrodes - the cathode 13 and the anode (crucible) 12 - with the required electrical wiring 28. The electrical wiring 28 is schematically represented in Figure 6. The clamp 24 is made, for example, of a copper alloy. In other words, it may be made of copper-based compounds, for example compounds comprising at least 75% copper and optionally at least one of Zn/Sn/Ni/Al/Fe. The clamps 24 are designed to facilitate disassembly and replacement of electrodes. The clamp 24 is cooled, for example by water. This assembly - movable support arm 22 and electrically active clamp 24 - is made by means of a coating insulation part that has high electrical resistivity and thermal resistance, thus allowing working temperatures greater than 200 °C. Insulation means and cooling means are outside the scope of the present invention.

En la Figura 6, se muestran las partes o elementos principales del circuito eléctrico de la antorcha de plasma, incluido el cableado eléctrico que se conecta a la antorcha de plasma y al propio sistema de la antorcha de plasma. Un armario de distribución eléctrica 52, también conocido como rectificador, actúa como fuente de corriente continua (CC). Desde el armario de distribución eléctrica 52, la energía se dirige a un panel o placa eléctrica 51, por ejemplo usando un cable rígido o cableado rígido. El cuadro o tablero eléctrico 51 es un intercambiador de conexiones que recibe como entrada un cable o cableado rígido y suministra a su salida un cable refrigerado (cableado refrigerado) 28. En otras palabras, el intercambiador de energía 51 permite enfriar la conexión eléctrica hacia los electrodos 13, 120 y, por lo tanto, hacia la antorcha de plasma. El intercambiador de energía 51 genera una diferencia de valor de tensión entre los electrodos 13, 120, que produce la ionización de un gas (aire, nitrógeno o argón) entre electrodos y permite así el paso de corriente eléctrica de un electrodo al otro. El proceso de ionización comienza con la emisión de electrones del cátodo al ánodo, que en realidad es la corriente eléctrica. Las partes del horno 1 que se enfrían (refrigeran) son preferentemente los cables eléctricos de CC 28 y el conjunto formado por el brazo de soporte móvil 22 y el conector eléctricamente activo 24. El cuerpo del horno (crisol y paredes circundantes) y elementos auxiliares, excepto el cableado y los electrodos de sujeción, no están enfriados por agua. Figure 6 shows the main parts or elements of the plasma torch electrical circuit, including the electrical wiring that connects to the plasma torch and the plasma torch system itself. An electrical distribution cabinet 52, also known as a rectifier, acts as a direct current (DC) source. From the electrical distribution cabinet 52, power is directed to an electrical panel or plate 51, for example using a rigid cable or rigid wiring. The electrical panel or panel 51 is a connection exchanger that receives a rigid cable or wiring as input and supplies a refrigerated cable (refrigerated wiring) 28 at its exit. In other words, the energy exchanger 51 allows cooling the electrical connection to the electrodes 13, 120 and therefore towards the plasma torch. The energy exchanger 51 generates a difference in voltage value between the electrodes 13, 120, which produces the ionization of a gas (air, nitrogen or argon) between electrodes and thus allows the passage of electric current from one electrode to the other. The ionization process begins with the emission of electrons from the cathode to the anode, which is actually the electric current. The parts of the oven 1 that are cooled (refrigerated) are preferably the DC electrical cables 28 and the assembly formed by the mobile support arm 22 and the electrically active connector 24. The body of the oven (crucible and surrounding walls) and auxiliary elements , except the wiring and clamping electrodes, are not water cooled.

El cátodo 13 está hecho de un material inorgánico a base de carbono. El cátodo 13 está hecho preferentemente de grafito sintético con una pureza igual o superior al 98 %. En otras palabras, el cátodo 13 está fabricado preferentemente de un material que comprende al menos un 98 % de grafito sintético (porcentaje expresado en peso con respecto al peso total del material) y una cantidad de contenido de ceniza igual o inferior al 2 % (porcentaje expresado en peso con respecto al peso total del material). Como un ejemplo, el material del que está hecho el cátodo podrá producirse utilizando una materia prima que tenga al menos un 30 % de coque acicular. Cathode 13 is made of a carbon-based inorganic material. The cathode 13 is preferably made of synthetic graphite with a purity equal to or greater than 98%. In other words, the cathode 13 is preferably made of a material comprising at least 98% synthetic graphite (percentage expressed by weight with respect to the total weight of the material) and an amount of ash content equal to or less than 2% ( percentage expressed by weight with respect to the total weight of the material). As an example, the material from which the cathode is made may be produced using a feedstock that has at least 30% acicular coke.

Como se muestra en la Figura 2, el electrodo que actúa como ánodo es el crisol 12. En otras palabras, el crisol 12 (parte del horno que define la cámara o volumen interior 11 definido por el tanque 10) constituye el ánodo. El ánodo (crisol 12) tiene por tanto una doble función: como crisol, recibe y sostiene el material a tratar (tal como metal, desechos o material fundido); como ánodo, proporciona conducción eléctrica para el flujo de corriente en el sistema de calentamiento. El sistema de calentamiento proporciona a la cámara 11 definida por el crisol 12 suficiente energía para fundir y tratar los materiales con los que se ha llenado la cámara 11. Las paredes inferior y lateral que definen la cámara interior 11 son, por tanto, el ánodo 12 del sistema de calentamiento, como se muestra en la Figura 2. El cátodo 13 está aislado, desde un punto de vista eléctrico, del ánodo 12. Durante el funcionamiento, el ánodo 12 está bien protegido por la masa fundida que llena el crisol, por el impacto del arco de plasma. La capa 12 que forma el crisol, y también el ánodo del sistema de calentamiento, está hecha de un material inorgánico a base de carbono. La capa 12 está hecha preferentemente de grafito sintético que tiene una pureza igual o superior al 98 %. En otras palabras, preferentemente está fabricado con un material que comprende al menos un 98 % de grafito sintético (porcentaje expresado en peso respecto del peso total del material) y una cantidad de contenido de ceniza igual o inferior al 2 % (porcentaje expresado en peso respecto del peso total del material). Como un ejemplo, el material del que está hecho el cátodo podrá producirse utilizando una materia prima que tenga al menos un 30 % de coque acicular. Los compuestos que comprenden al menos un 98 % de carbono tienen una alta conductividad eléctrica y térmica. Por lo tanto, tanto el cátodo como el crisol, esto es, el ánodo, tienen alta conductividad eléctrica y térmica. As shown in Figure 2, the electrode that acts as the anode is the crucible 12. In other words, the crucible 12 (part of the furnace that defines the chamber or interior volume 11 defined by the tank 10) constitutes the anode. The anode (crucible 12) therefore has a double function: as a crucible, it receives and holds the material to be treated (such as metal, waste or molten material); As an anode, it provides electrical conduction for current flow in the heating system. The heating system provides the chamber 11 defined by the crucible 12 with sufficient energy to melt and treat the materials with which the chamber 11 has been filled. The bottom and side walls that define the inner chamber 11 are therefore the anode. 12 of the heating system, as shown in Figure 2. The cathode 13 is isolated, from an electrical point of view, from the anode 12. During operation, the anode 12 is well protected by the melt filling the crucible, by the impact of the plasma arc. The layer 12 that forms the crucible, and also the anode of the heating system, is made of a carbon-based inorganic material. The layer 12 is preferably made of synthetic graphite having a purity equal to or greater than 98%. In other words, it is preferably made of a material comprising at least 98% synthetic graphite (percentage expressed by weight with respect to the total weight of the material) and an amount of ash content equal to or less than 2% (percentage expressed by weight with respect to the total weight of the material). As an example, the material from which the cathode is made may be produced using a feedstock that has at least 30% acicular coke. Compounds comprising at least 98% carbon have high electrical and thermal conductivity. Therefore, both the cathode and the crucible, that is, the anode, have high electrical and thermal conductivity.

La Figura 2 muestra una posible implementación del sistema de calentamiento, en particular el sistema de calentamiento con antorcha de plasma. El sistema anódico (crisol-sistema anódico) está formado por el propio crisol 12 y al menos una parte que conecta el crisol 12 y el segundo electrodo 120. Para facilitar la construcción y el mantenimiento, el sistema anódico (crisol-sistema anódico) puede estar formado por tres partes: el propio crisol 12 (pared perimetral y pared inferior que definen la cámara 11); una primera porción alargada 12' que tiene un primer extremo conectado a la pared inferior del crisol 12 y que se extiende radialmente desde la pared inferior del crisol a través de una pared refractaria (aún no divulgada en detalle); y una segunda porción alargada 12'' que tiene un primer extremo conectado al segundo extremo de la primera porción alargada 12'. La segunda porción alargada 12'' se extiende verticalmente a través de una pared refractaria o entre dos paredes refractarias (aún no divulgadas en detalle) hasta que asoma en el extremo superior del horno 1, en las proximidades de la cubierta 21. En la Figura 2, el extremo libre de la segunda porción alargada 12'' se denomina 120 (conexión de ánodo), en línea con el elemento 120 correspondiente en la Figura 1. Preferentemente, las tres partes 12, 12', 12'' están hechas sustancialmente con el mismo material. Están hechas de un material inorgánico a base de carbono. Preferentemente están hechas de grafito sintético con una pureza igual o superior al 98 %. En otras palabras, preferentemente están hechas con un material que comprende al menos un 98 % de grafito sintético (porcentaje expresado en peso respecto del peso total del material) y una cantidad de contenido de ceniza igual o inferior al 2 % (porcentaje expresado en peso respecto del peso total del material). Como un ejemplo, el material del que estén fabricados podrá producirse utilizando una materia prima que tenga al menos un 30 % de coque acicular. La diferencia de conductividad en las tres partes 12, 12', 12" es preferentemente inferior al 5 %, o inferior al 4 % o inferior al 3 %. Figure 2 shows a possible implementation of the heating system, in particular the plasma torch heating system. The anode system (crucible-anode system) is formed by the crucible 12 itself and at least a part connecting the crucible 12 and the second electrode 120. To facilitate construction and maintenance, the anodic system (crucible-anode system) can be formed by three parts: the crucible 12 itself (perimeter wall and lower wall that define chamber 11); a first elongated portion 12' having a first end connected to the bottom wall of the crucible 12 and extending radially from the bottom wall of the crucible through a refractory wall (not yet disclosed in detail); and a second elongated portion 12'' having a first end connected to the second end of the first elongated portion 12'. The second elongated portion 12'' extends vertically through a refractory wall or between two refractory walls (not yet disclosed in detail) until it appears at the upper end of the oven 1, in the vicinity of the cover 21. In the Figure 2, the free end of the second elongated portion 12'' is designated 120 (anode connection), in line with the corresponding element 120 in Figure 1. Preferably, the three parts 12, 12', 12'' are made substantially with the same material. They are made of an inorganic carbon-based material. Preferably they are made of synthetic graphite with a purity equal to or greater than 98%. In other words, they are preferably made with a material comprising at least 98% synthetic graphite (percentage expressed by weight with respect to the total weight of the material) and an amount of ash content equal to or less than 2% (percentage expressed by weight with respect to the total weight of the material). As an example, the material from which they are made may be produced using a raw material that has at least 30% acicular coke. The difference in conductivity in the three parts 12, 12', 12" is preferably less than 5%, or less than 4% or less than 3%.

Los inventores han observado que tener un ánodo que corresponde al crisol 12 proporciona el efecto de tener la misma diferencia de potencial de tensión a lo largo de toda la superficie exterior del crisol. Esto hace que el sistema de calentamiento sea más estable que los convencionales, en los que se implementa el ánodo, por ejemplo, como un grupo de placas eléctricas dispuestas en una cierta porción del crisol. Como consecuencia, la temperatura del material a tratar dentro del crisol es más estable. En otras palabras, el material (metal, desechos, etc.) se trata en el propio ánodo. La Figura 4A muestra una vista del crisol 12 y la cavidad 11 así definida, de acuerdo con una posible implementación del horno. La geometría mostrada del ánodo permite un mejor control del chorro de plasma debido al isopotencial (potencial isoeléctrico o potencial de isotensión) en todos los puntos de las paredes (suelo y paredes laterales) del crisol. Durante el funcionamiento del horno 1, el material mantenido en el crisol 12 a alta temperatura, tal como para fundirse, está entre el ánodo y el cátodo, y en contacto directo con el ánodo, como consecuencia de lo cual alcanza la misma tensión que el ánodo (crisol 12) y actúa de hecho como parte anódica en el sistema de plasma. En otras palabras, cuanto mayor sea la superficie del ánodo (crisol 12), más fácil será que los electrones emitidos por el cátodo lleguen al ánodo. Esto es especialmente importante cuando arranca el chorro (al inicio de la operación) o en caso de malas condiciones de conductividad debido por ejemplo al tipo de material que se carga en el horno 1. The inventors have observed that having an anode corresponding to the crucible 12 provides the effect of having the same voltage potential difference across the entire outer surface of the crucible. This makes the heating system more stable than conventional ones, in which the anode is implemented, for example, as a group of electrical plates arranged in a certain portion of the crucible. As a consequence, the temperature of the material to be treated inside the crucible is more stable. In other words, the material (metal, waste, etc.) is treated at the anode itself. Figure 4A shows a view of the crucible 12 and the cavity 11 thus defined, according to a possible implementation of the oven. The shown geometry of the anode allows better control of the plasma jet due to the isopotential (isoelectric potential or isovoltage potential) at all points on the walls (floor and side walls) of the crucible. During the operation of the furnace 1, the material maintained in the crucible 12 at a high temperature, such as to melt, is between the anode and the cathode, and in direct contact with the anode, as a result of which it reaches the same voltage as the anode (crucible 12) and actually acts as an anodic part in the plasma system. In other words, the larger the surface area of the anode (crucible 12), the easier it will be for the electrons emitted by the cathode to reach the anode. This is especially important when the jet starts (at the beginning of the operation) or in case of poor conductivity conditions due, for example, to the type of material being loaded into oven 1.

Al inicio de la operación del horno, esto es, a temperatura ambiente, el material a cargar es preferentemente metálico, o al menos tiene una conductividad eléctrica similar a la de los materiales metálicos, ya que para el arranque se requiere una conductividad eléctrica mínima, hasta alcanzar una cierta temperatura (por ejemplo, aproximadamente 800 °C). De esta forma, el material cargado también actúa como ánodo en el sistema de antorcha de plasma. Por ejemplo, se requiere una cantidad de material metálico que llene el crisol con una profundidad de aproximadamente 10 mm. Luego, el material se funde bajo la acción calorífica de la energía irradiada por la columna de plasma 19 y se mantiene en estado líquido en el crisol 12. Una vez cumplidas las condiciones iniciales y alcanzada una cierta temperatura, el horno se puede cargar con material no metálico (en general, con material con mala conductividad) para fundirlo, ya que a la temperatura de funcionamiento los materiales no metálicos son lo suficientemente conductores como para alcanzar sustancialmente la misma tensión que el ánodo. Los materiales no conductores se funden por efecto del chorro de plasma mediante transferencia de calor por radiación y convección (hasta alcanzar temperaturas superiores a 1.000 °C, por ejemplo). Los electrones generados en el cátodo 13 fluyen en la columna de plasma 19 y se recogen en la superficie del baño fundido 17 que actúa como superficie del ánodo, liberando así su calor de recombinación y calentando el baño fundido 17. Se estima que el nivel máximo de metal fundido es, por ejemplo, aproximadamente 2/3 de la altura de la cámara (Figura 3). At the beginning of the furnace operation, that is, at room temperature, the material to be loaded is preferably metallic, or at least has an electrical conductivity similar to that of metallic materials, since a minimum electrical conductivity is required for start-up. until a certain temperature is reached (for example, approximately 800 °C). In this way, the charged material also acts as an anode in the plasma torch system. For example, an amount of metal material is required that fills the crucible to a depth of approximately 10 mm. The material is then melted under the heating action of the energy radiated by the plasma column 19 and maintained in a liquid state in the crucible 12. Once the initial conditions have been met and a certain temperature has been reached, the furnace can be loaded with material. non-metallic material (generally with material with poor conductivity) to melt it, since at the operating temperature non-metallic materials are sufficiently conductive to achieve substantially the same voltage as the anode. Non-conductive materials are melted by the effect of the plasma jet through heat transfer by radiation and convection (up to temperatures exceeding 1,000 °C, for example). The electrons generated at the cathode 13 flow into the plasma column 19 and are collected on the surface of the molten pool 17 which acts as the anode surface, thus releasing their recombination heat and heating the molten pool 17. It is estimated that the maximum level of molten metal is, for example, approximately 2/3 of the height of the chamber (Figure 3).

En resumen, el ánodo proporciona una alta conducción al flujo de corriente y estabiliza el chorro de plasma dentro de la cavidad 11, porque el crisol 12 proporciona una superficie de potencial isoeléctrico. En el presente texto, cuando se dice que el crisol es isopotencial, se debe asumir un error o tolerancia de aproximadamente /-1 %. En particular, las perturbaciones en la tensión de salida son inferiores al 5 % de un objetivo de configuración. El objetivo de configuración está formado por objetivos de tensión e intensidad seleccionados para obtener la potencia de salida deseada. Los valores de tensión e intensidad son parámetros del proceso de calentamiento y están relacionados con las condiciones eléctricas entre el ánodo y el cátodo. In summary, the anode provides high conduction to current flow and stabilizes the plasma jet within the cavity 11, because the crucible 12 provides an isoelectric potential surface. In this text, when the crucible is said to be isopotential, an error or tolerance of approximately /-1% must be assumed. In particular, the disturbances in the output voltage are less than 5% of a configuration target. The setup target consists of voltage and current targets selected to obtain the desired output power. The voltage and intensity values are parameters of the heating process and are related to the electrical conditions between the anode and the cathode.

Al iniciar la operación, la carga (material) a procesar se puede añadir en forma sólida (normalmente a temperatura ambiente) y luego fundirse en el horno. Como alternativa, puede transferirse directamente en estado líquido desde otro horno. Normalmente, el material a tratar se carga en estado sólido, iniciando el funcionamiento a temperatura ambiente y calentando el horno como se ha explicado, hasta la temperatura de funcionamiento adecuada, lo cual depende del proceso que se esté llevando a cabo. La temperatura de operación se mantiene durante el tiempo necesario para procesar el material. El material -añadido por ejemplo en estado sólido- se mantiene en contacto con el ánodo (porque todo el crisol es ánodo, es una zona de isotensión), como consecuencia de lo cual todo el material alimentado está sustancialmente a la misma tensión. At the start of the operation, the charge (material) to be processed can be added in solid form (normally at room temperature) and then melted in the furnace. Alternatively, it can be transferred directly in liquid form from another oven. Normally, the material to be treated is loaded in a solid state, starting operation at room temperature and heating the oven as explained, up to the appropriate operating temperature, which depends on the process being carried out. The operating temperature is maintained for the time necessary to process the material. The material - added, for example, in a solid state - remains in contact with the anode (because the entire crucible is an anode, it is an isotension zone), as a consequence of which all the material fed is substantially at the same voltage.

La carga (material que se está tratando) nunca se solidifica en el ánodo-crisol 12, ya que debe verterse en estado líquido fuera del horno. Como ya se ha explicado, el material líquido se vierte fuera del horno, por ejemplo inclinando el horno, o mediante extracción manual, o utilizando medios de bombeo, tal como medios de bombeo neumáticos, entre otros. Por este motivo (porque el material a tratar debe extraerse en estado líquido, y por tanto, la temperatura de operación debe mantenerse lo suficientemente alta durante todo el proceso), el crisol 12 y sus capas circundantes (capas refractarias y estructura metálica) no están refrigerados, para evitar que el material a tratar se solidifique dentro del crisol 12. Por este motivo, es necesario diseñar capas refractarias optimizadas. Si el crisol debe refrigerarse, se requeriría una cantidad de energía mucho mayor para mantener el material tratado en estado fundido hasta su extracción del horno. The charge (material being treated) never solidifies in the anode-crucible 12, since it must be poured in a liquid state out of the furnace. As already explained, the liquid material is poured out of the furnace, for example by tilting the furnace, or by manual extraction, or using pumping means, such as pneumatic pumping means, among others. For this reason (because the material to be treated must be extracted in a liquid state, and therefore, the operating temperature must be kept high enough throughout the process), the crucible 12 and its surrounding layers (refractory layers and metal structure) are not refrigerated, to prevent the material to be treated from solidifying inside the crucible 12. For this reason, it is necessary to design optimized refractory layers. If the crucible must be cooled, a much greater amount of energy would be required to maintain the treated material in a molten state until it is removed from the furnace.

Volviendo al sistema anódico, las Figuras 4B-4D muestran diferentes vistas de la primera porción alargada 12'. La segunda porción alargada 12'' no se muestra. Se puede implementar con un cilindro, ya sea sólido o hueco, que tenga, por ejemplo, una rosca en el extremo que se conectará a la primera porción alargada 12'. En otras palabras, las dos partes alargadas 12' 12'' conectan la parte inferior del crisol 12 con la parte exterior del tanque 10, permitiendo la conexión eléctrica entre el crisol 12 que actúa como ánodo y la fuente de alimentación CC. Las partes 12', 12" son, por tanto, parte, junto con el crisol 12, del sistema anódico. Las Figuras 5A-5B muestran las tres partes 12, 12', 12'' que forman el sistema anódico, una vez montado. Returning to the anode system, Figures 4B-4D show different views of the first elongated portion 12'. The second 12'' elongated portion is not shown. It can be implemented with a cylinder, either solid or hollow, having, for example, a thread at the end that will connect to the first elongated portion 12'. In other words, the two elongated parts 12' 12'' connect the bottom of the crucible 12 with the outside of the tank 10, allowing electrical connection between the crucible 12 acting as an anode and the DC power source. The parts 12', 12" are, therefore, part, together with the crucible 12, of the anode system. Figures 5A-5B show the three parts 12, 12', 12'' that form the anode system, once assembled .

En la realización de las Figuras 4A-4D, la porción inferior 12B del crisol 12 tiene un espesor mínimo de 120 mm (milímetros, 10'3 metros) y un espesor máximo de 250 mm. La pared lateral 12A (pared perimetral) del crisol 12 tiene un espesor mínimo de 25 mm y un espesor máximo de 75 mm. A modo de ejemplo, cuando un horno tiene un crisol de 530 mm de diámetro interno y el cátodo está configurado para proporcionar un chorro de plasma de alrededor de 160 kW (kilovatios, 103 vatios), la parte inferior 12B del crisol 12 puede seleccionarse para que tenga 160 mm y la pared lateral 12A (pared perimetral) del crisol 12 puede seleccionarse para que tenga un espesor de 35 mm. In the embodiment of Figures 4A-4D, the lower portion 12B of the crucible 12 has a minimum thickness of 120 mm (millimeters, 10.3 meters) and a maximum thickness of 250 mm. The side wall 12A (perimeter wall) of the crucible 12 has a minimum thickness of 25 mm and a maximum thickness of 75 mm. By way of example, when a furnace has a crucible of 530 mm internal diameter and the cathode is configured to provide a plasma jet of about 160 kW (kilowatts, 103 watts), the bottom 12B of the crucible 12 can be selected to which is 160 mm and the side wall 12A (perimeter wall) of the crucible 12 can be selected to have a thickness of 35 mm.

El sistema anódico 12, 12', 12'' y el cátodo 13 son fácilmente reemplazables. En particular, las partes 12' 12" permiten la fácil sustitución del ánodo. Dado que el sistema anódico está hecho en esta realización de tres partes extraíbles independientes, y dado que el material que las rodea (entre las partes de grafito del ánodo y las paredes refractarias, tal como paredes de hormigón) es preferentemente un refractario auto-sinterizable, si es necesario, las partes de grafito son desmontables y el material auto-sinterizable es de fácil extracción. Por tanto, los tres cuerpos principales de hormigón refractario se mantienen sin daños y las partes retiradas se pueden reemplazar fácilmente. The anode system 12, 12', 12'' and the cathode 13 are easily replaceable. In particular, the 12' 12" parts allow for easy replacement of the anode. Since the anode system is made in this embodiment of three independent removable parts, and since the material surrounding them (between the graphite parts of the anode and the refractory walls, such as concrete walls) is preferably a self-sintering refractory, if necessary, the graphite parts are removable and the self-sintering material is easy to remove. Therefore, the three main refractory concrete bodies are maintained. No damage and removed parts can be easily replaced.

Como se explica, el ánodo (crisol 12) está fabricado preferentemente de un material que comprende al menos un 98 % de grafito sintético (porcentaje expresado en peso respecto del peso total del material) y una cantidad de contenido de ceniza igual o inferior al 2 % (porcentaje expresado en peso respecto al peso total del material). En un ejemplo particular, el ánodo (crisol 12) está hecho de un material que comprende al menos un 98 % de grafito sintético obtenido a partir de un material que comprende más del 30 % de coque acicular y grafitizado a una temperatura de al menos 2800 °C. La densidad aparente del material es de al menos 1,6 g/cm3, preferentemente entre 1,65 y 1,75 g/cm3. El grafito sintético seleccionado proporciona propiedades de alta conductividad tanto dentro del intervalo de temperatura de fusión, normalmente de 600 a 1600 °C y a temperatura ambiente, como por ejemplo menos de 50 °C. En ambos intervalos de temperatura, deben obtenerse condiciones eléctricamente cortas (tales como, por ejemplo, < 10 voltios entre ánodo y cátodo) para permitir que la corriente pase a través del circuito eléctrico. Por lo tanto, la resistividad máxima permitida es 5,8 O x pm medida en la dirección longitudinal del paso de corriente. As explained, the anode (crucible 12) is preferably made of a material that comprises at least 98% synthetic graphite (percentage expressed by weight with respect to the total weight of the material) and an amount of ash content equal to or less than 2 % (percentage expressed by weight with respect to the total weight of the material). In a particular example, the anode (crucible 12) is made of a material comprising at least 98% synthetic graphite obtained from a material comprising more than 30% acicular coke and graphitized at a temperature of at least 2800 °C. The apparent density of the material is at least 1.6 g/cm3, preferably between 1.65 and 1.75 g/cm3. The selected synthetic graphite provides high conductivity properties both within the melting temperature range, typically 600 to 1600°C, and at room temperature, such as less than 50°C. In both temperature ranges, electrically short conditions (such as, for example, < 10 volts between anode and cathode) must be obtained to allow current to pass through the electrical circuit. Therefore, the maximum allowable resistivity is 5.8 O x pm measured in the longitudinal direction of the current passage.

La conductividad térmica del material del que está hecho el ánodo, también es una propiedad clave para una fácil homogeneización de las condiciones térmicas dentro de la cámara 11 formada por el ánodo 12. La conductividad térmica del material del que está hecho el ánodo debe ser superior a 125 W/Km, preferentemente mayor que 200 W/km. The thermal conductivity of the material from which the anode is made is also a key property for easy homogenization of the thermal conditions within the chamber 11 formed by the anode 12. The thermal conductivity of the material from which the anode is made must be higher at 125 W/Km, preferably greater than 200 W/km.

Dado que los valores del proceso de expansión y contracción de los diferentes materiales que componen el horno no son los mismos, el ánodo 12 debe poder soportar fuerzas de expansión y contracción. Por lo tanto, el material que constituye el ánodo debe tener una resistencia a la flexión de al menos 9 MN/m2 y un módulo de Young preferentemente comprendido entre 8 y 10 MPa. Su resistencia lineal debe ser al menos de 4,5 MPa. Since the values of the expansion and contraction process of the different materials that make up the oven are not the same, the anode 12 must be able to withstand expansion and contraction forces. Therefore, the material that constitutes the anode must have a flexural strength of at least 9 MN/m2 and a Young's modulus preferably between 8 and 10 MPa. Its linear resistance must be at least 4.5 MPa.

La Figura 2 muestra una posible implementación de las capas, paredes o porciones 14A, 14B, 14C, 14D, 14E de materiales refractarios dispuestos entre el crisol 12 y el marco metálico 15 que constituye la superficie exterior del horno 1. Las capas refractarias 14A-14E tienen como objetivo evitar fugas, tales como fugas de metal y proporcionar un alto aislamiento. En otras palabras, el cuerpo principal del tanque 10 está hecho de al menos un material refractario adaptado a las características del material a fundir/tratar. Figure 2 shows a possible implementation of the layers, walls or portions 14A, 14B, 14C, 14D, 14E of refractory materials arranged between the crucible 12 and the metal frame 15 that constitutes the outer surface of the furnace 1. The refractory layers 14A- 14E are intended to prevent leaks, such as metal leaks, and provide high insulation. In other words, the main body of the tank 10 is made of at least one refractory material adapted to the characteristics of the material to be melted/treated.

Ejemplos no limitativos de materiales refractarios que pueden usarse son el hormigón o el ladrillo. En la implementación de la Figura 2, se usan diferentes materiales refractarios que tienen diferentes propiedades y funciones. Non-limiting examples of refractory materials that can be used are concrete or brick. In the implementation of Figure 2, different refractory materials are used that have different properties and functions.

La capa 14A, que rodea verticalmente la pared perimetral del crisol 12, puede estar hecha de corindón a base de alúmina. En una realización particular, la capa 14a está hecha de corindón auto-sinterizable a base de alúmina que tiene una cantidad de alúmina (óxido de aluminio, AhOa) mayor que >85 %, una cantidad de magnesia (óxido de magnesio, MgO) entre 10 y 15 %, una cantidad de óxido de hierro (III) (Fe2Oa) inferior al 0,3 % y una cantidad de sílice (dióxido de silicio, SiO2) menor que 0,2 % (porcentajes expresados en peso respecto del peso total del compuesto o composición). El tamaño de grano (dimensión más grande) es inferior a 6 mm y la densidad aparente está entre 2,6 y 2,9 g/cm3. Este material tiene una temperatura máxima de trabajo de 1800 °C. La capa 14A se extiende preferentemente hacia abajo más allá de la base interior del crisol 12, pero sin extenderse más allá de todo el espesor de la parte inferior del crisol 12 (en promedio hasta el espesor medio de la parte inferior 12B del crisol 12). El espesor de la capa 14A puede estar entre 5 y 30 mm. The layer 14A, which vertically surrounds the perimeter wall of the crucible 12, may be made of alumina-based corundum. In a particular embodiment, the layer 14a is made of alumina-based self-sinterable corundum having an amount of alumina (aluminum oxide, AhOa) greater than >85%, an amount of magnesia (magnesium oxide, MgO) between 10 and 15%, an amount of iron (III) oxide (Fe2Oa) less than 0.3% and an amount of silica (silicon dioxide, SiO2) less than 0.2% (percentages expressed by weight with respect to the total weight of the compound or composition). The grain size (largest dimension) is less than 6 mm and the apparent density is between 2.6 and 2.9 g/cm3. This material has a maximum working temperature of 1800 °C. The layer 14A preferably extends downward beyond the inner base of the crucible 12, but without extending beyond the entire thickness of the bottom of the crucible 12 (on average to the average thickness of the bottom 12B of the crucible 12). . The thickness of layer 14A may be between 5 and 30 mm.

Una segunda porción o capa 14B de material refractario está dispuesta verticalmente rodeando la primera capa 14A. Esta capa 14B puede estar hecha de hormigón a base de alúmina. En una realización particular, la capa 14B está hecha de hormigón conformado a base de alúmina que tiene una cantidad de alúmina superior al 90 % (preferentemente 94-97 %) con contenidos de SiO2 < 0,5 % y Fe2O3 < 0,5 % (porcentajes expresados en peso con respecto a el peso total del compuesto o composición). El espesor de la capa 14B oscila entre 25-100 mm. La temperatura máxima de trabajo de este material es superior a 1800 °C, o superior a 1850 °C. A second portion or layer 14B of refractory material is arranged vertically surrounding the first layer 14A. This layer 14B may be made of alumina-based concrete. In a particular embodiment, the layer 14B is made of formed alumina-based concrete having an amount of alumina greater than 90% (preferably 94-97%) with contents of SiO2 < 0.5% and Fe2O3 < 0.5% (percentages expressed by weight with respect to the total weight of the compound or composition). The thickness of layer 14B ranges between 25-100 mm. The maximum working temperature of this material is greater than 1800 °C, or greater than 1850 °C.

Una tercera porción o capa 14C de material refractario está dispuesta debajo de la porción inferior del crisol 12. Preferentemente se extiende radialmente, de tal manera que también esté dispuesta debajo de la primera y segunda capas 14A 14B, así como debajo de la primera porción alargada 12' del sistema anódico. Esta capa 14B comprende bauxita calcinada. Es capaz de soportar una temperatura máxima de 1.700 °C. En una realización particular, la capa 14C está hecha de una mezcla de bauxita calcinada en una cantidad entre 80-90 % y hormigón a base de alúmina en una cantidad entre 10-20 % (porcentajes expresados en peso respecto al peso total del compuesto o composición). El espesor de la capa 14C puede ser variable. Por ejemplo, su espesor puede ser mayor debajo de la primera y segunda capas 14A, 14B que debajo de la parte inferior del crisol 12. El espesor medio de la capa 14C en el fondo del crisol está entre 50 y 100 mm. Una pequeña capa 14C' del mismo material que la capa 14C rodea el extremo superior de la parte 12''. A third portion or layer 14C of refractory material is arranged below the lower portion of the crucible 12. Preferably it extends radially, such that it is also arranged below the first and second layers 14A 14B, as well as below the first elongated portion 12' of the anode system. This layer 14B comprises calcined bauxite. It is capable of withstanding a maximum temperature of 1,700 °C. In a particular embodiment, the layer 14C is made of a mixture of calcined bauxite in an amount between 80-90% and alumina-based concrete in an amount between 10-20% (percentages expressed by weight with respect to the total weight of the compound or composition). The thickness of the 14C layer can be variable. For example, its thickness may be greater under the first and second layers 14A, 14B than under the bottom of the crucible 12. The average thickness of the layer 14C at the bottom of the crucible is between 50 and 100 mm. A small layer 14C' of the same material as layer 14C surrounds the upper end of part 12''.

Una cuarta porción o capa 14D de material refractario está dispuesta verticalmente rodeando la segunda capa 14B. Esta capa 14D es la última pared refractaria antes del marco metálico 15. La capa 14D se extiende preferentemente hacia abajo con respecto a la tercera capa 14C, de tal manera que rodee todas las porciones refractarias anteriores dispuestas alrededor del crisol 12. Esta capa 14B comprende también bauxita calcinada. Es capaz de soportar una temperatura máxima de 1.500 °C. En una realización particular, la capa 14D está hecha de una mezcla de bauxita calcinada en una cantidad entre 77-85 % y hormigón a base de alúmina en una cantidad entre 15-23 % (porcentajes expresados en peso respecto al peso total del compuesto o composición). El espesor medio de esta capa está entre 50-250 mm. A fourth portion or layer 14D of refractory material is arranged vertically surrounding the second layer 14B. This layer 14D is the last refractory wall before the metal frame 15. The layer 14D preferably extends downward with respect to the third layer 14C, in such a way that it surrounds all the previous refractory portions arranged around the crucible 12. This layer 14B comprises also calcined bauxite. It is capable of withstanding a maximum temperature of 1,500 °C. In a particular embodiment, the layer 14D is made of a mixture of calcined bauxite in an amount between 77-85% and alumina-based concrete in an amount between 15-23% (percentages expressed by weight with respect to the total weight of the composite or composition). The average thickness of this layer is between 50-250 mm.

Rodeando la segunda porción alargada 12'' del sistema anódico que se extiende verticalmente desde la primera porción alargada 12' del mismo, hay una capa o porción 14E de material refractario. Puede ser un refractario autosinterizable a base de sílice. Dado que la temperatura máxima en esta porción 12' es menor que la temperatura en las paredes refractarias más cercanas al crisol, se puede utilizar un material que tenga una temperatura de sinterización más baja, tal como un refractario auto-sinterizable a base de sílice. Surrounding the second elongated portion 12'' of the anode system extending vertically from the first elongated portion 12' thereof, is a layer or portion 14E of refractory material. It can be a self-sintering refractory based on silica. Since the maximum temperature in this portion 12' is lower than the temperature in the refractory walls closest to the crucible, a material that has a lower sintering temperature can be used, such as a silica-based self-sintering refractory.

El espacio (si lo hay) entre el marco exterior del horno y las capas refractarias detalladas se puede llenar con fibra aislante y refractarios aislantes de bauxita de baja densidad. Estos materiales también pueden usarse para rellenar la capa 14F en el fondo del horno. Todas estas capas o porciones 14A-14F proporcionan una alta capacidad de aislamiento. The space (if any) between the outer frame of the furnace and the detailed refractory layers can be filled with insulating fiber and low-density bauxite insulating refractories. These materials can also be used to fill the 14F layer at the bottom of the oven. All these layers or portions 14A-14F provide high insulation capacity.

Al controlar la atmósfera del horno, se minimiza el contenido de oxígeno libre dentro de la cámara 11, por ejemplo, reducido a menos del 1 %. La atmósfera del horno se controla (bajo contenido de oxígeno) mediante una purga de gas inerte insertada a través del cátodo y añadiendo material reductor (base carbono) con el material a calentar. En la cámara 11 del horno 1, las reacciones del proceso de reducción-oxidación se pueden controlar aplicando un control preciso de la temperatura y garantizando condiciones específicas de la atmósfera interior. El horno se puede utilizar en la reducción de óxidos metálicos contenidos en minerales, subproductos y desechos industriales. By controlling the furnace atmosphere, the free oxygen content within chamber 11 is minimized, for example reduced to less than 1%. The furnace atmosphere is controlled (low oxygen content) by purging inert gas inserted through the cathode and adding reducing material (carbon base) with the material to be heated. In chamber 11 of furnace 1, the reactions of the reduction-oxidation process can be controlled by applying precise temperature control and ensuring specific conditions of the interior atmosphere. The furnace can be used in the reduction of metal oxides contained in minerals, by-products and industrial waste.

A continuación, se divulgan varios experimentos relativos a reacciones metalúrgicas, realizados con un horno implementado de acuerdo con las figuras mostradas. Below, several experiments related to metallurgical reactions are disclosed, carried out with a furnace implemented according to the figures shown.

En un primer experimento, los óxidos de estaño procedentes de procesos de desestañado no ferrosos se reducen en un horno como se muestra en la Figura 1. El diámetro del electrodo de la antorcha de plasma es de 75 mm (+/-3 %). Se utiliza una potencia eléctrica máxima de 160 kW y una potencia media de 100-110 kWh para un tratamiento de 200 kg/h de material. La composición media a tratar es: 70-85 % de SnO/SnO2; 5-20 % de Cu/CuO; Zn < 5 %; Fe < 2 %; Ag < 0,5 %; Ni < 1 %; otros incluyendo por ejemplo SiO2 o AhO3 < 8 %. Se ha tratado en el horno a una temperatura media entre 1.050 °C y 1.180 °C, con una temperatura mínima de proceso de 950 °C y una temperatura máxima de proceso de 1.250 °C. La atmósfera se reduce a A< 1 (donde el valor de A es CO2máx./CO2 = 1 (O2/(21-O2)). Elementos acondicionadores de escoria que contienen diferentes cantidades de SiO2, Al2O3, Na3(AIF6), MgO y Fe2O3 se añaden y se mezclan con la materia prima de óxido de estaño. En la cámara 11 definida por el crisol 12 se llevan a cabo las siguientes reacciones: In a first experiment, tin oxides from non-ferrous detinning processes are reduced in an oven as shown in Figure 1. The electrode diameter of the plasma torch is 75 mm (+/-3%). A maximum electrical power of 160 kW and an average power of 100-110 kWh are used for a treatment of 200 kg/h of material. The average composition to be treated is: 70-85% SnO/SnO2; 5-20% Cu/CuO; Zn < 5%; Fe < 2%; Ag < 0.5%; Ni < 1%; others including for example SiO2 or AhO3 < 8%. It has been treated in the oven at an average temperature between 1,050 °C and 1,180 °C, with a minimum process temperature of 950 °C and a maximum process temperature of 1,250 °C. The atmosphere is reduced to A< 1 (where the value of A is CO2max/CO2 = 1 (O2/(21-O2)). Slag conditioning elements containing different amounts of SiO2, Al2O3, Na3(AIF6), MgO and Fe2O3 are added and mixed with the tin oxide raw material. In the chamber 11 defined by the crucible 12, the following reactions are carried out:

xSnO yC = xSn CO2 xSnO yC = xSn CO2

SnO C = Sn CO SnO C = SnCO

CuO C = Cu CO CuO C = CuCO

SnO2 2CO = 2Sn 2CO2 SnO2 2CO = 2Sn 2CO2

Zn (s) (+ Q) = Zn (g) Zn(s)(+Q) = Zn(g)

Mientras se captura el humo y se suministra al conducto de extracción 25, se produce un proceso de reoxidación (de Zn a ZnO, en este ejemplo). La reoxidación ocurre mientras el material se funde dentro del horno. Los humos se extraen del horno como ya se ha explicado. While the smoke is captured and supplied to the extraction duct 25, a reoxidation process occurs (from Zn to ZnO, in this example). Reoxidation occurs as the material melts inside the furnace. The fumes are extracted from the oven as already explained.

Zn (g) O = ZnO (g) Zn(g)O = ZnO(g)

Como resultado del proceso de reducción o refinación, el baño de metal fundido se obtiene con las siguientes composiciones: Sn: 85-95 %; Cu: 5-15 %; Fe: < 0,2 %; Ni: < 0,2 %; Zn < 0,5 %. Adicionalmente, se obtienen escorias y polvo de filtro, como subproductos. As a result of the reduction or refining process, the molten metal bath is obtained with the following compositions: Sn: 85-95%; Cu: 5-15%; Fe: <0.2%; Ni: < 0.2%; Zn < 0.5%. Additionally, slag and filter dust are obtained as by-products.

La composición media de la escoria es CuO<5 %, SnO 10-25 %, Fe2O3 5-15%, AI2O3 5-25 % MgO <5 %, SiO2 5 20 % CaO 3-8 % y cantidades variables de C (<5 % y Na2O<25 %. Resto de elementos <3 %. The average composition of the slag is CuO<5%, SnO 10-25%, Fe2O3 5-15%, AI2O3 5-25% MgO <5%, SiO2 5 20% CaO 3-8% and variable amounts of C (< 5% and Na2O<25%. Rest of elements <3%.

La composición del polvo del filtro es SnO 50-75 %, ZnO 10-25 %, Na2O 5-20 % y resto de elementos residuales <3 %. The composition of the filter dust is SnO 50-75%, ZnO 10-25%, Na2O 5-20% and other residual elements <3%.

En el mismo horno utilizado en el primer experimento, se realiza un segundo experimento. Es un proceso de refinación por reducción de óxidos de cobre provenientes del corte y decapado de chatarra a base de cobre no ferroso, con composición media de: Cu < 40 %; CuO 60-90 %; Sn < 1 %; Ni < 1 %; Fe <2 %; Zn < 5 %; otros (incluyendo por ejemplo SiO2, Al2O3, MgO,...) < 10 %. Se ha tratado en el horno a una temperatura media entre 1.150 °C y 1.300 °C, con una temperatura mínima de proceso de 1.050 °C y una temperatura máxima de proceso de 1.350 °C. La atmósfera se reduce como A< 1 (donde el valor de A es CO2máx./CO2 = 1 (O2/(21-O2)). Elementos acondicionadores de escoria que contienen diferentes cantidades de SiO2, Al2O3, Na3(AIF6), MgO y Fe2O3 se añaden y se mezclan con la materia prima de óxido de estaño. En la cámara 11 definida por el crisol 12 se llevan a cabo las siguientes reacciones: In the same oven used in the first experiment, a second experiment is carried out. It is a refining process by reducing copper oxides from the cutting and stripping of non-ferrous copper-based scrap, with an average composition of: Cu < 40%; CuO 60-90%; Sn < 1%; Ni < 1%; Fe <2%; Zn < 5%; others (including for example SiO2, Al2O3, MgO,...) < 10%. It has been treated in the oven at an average temperature between 1,150 °C and 1,300 °C, with a minimum process temperature of 1,050 °C and a maximum process temperature of 1,350 °C. The atmosphere is reduced as A< 1 (where the value of A is CO2max/CO2 = 1 (O2/(21-O2)). Slag conditioning elements containing different amounts of SiO2, Al2O3, Na3(AIF6), MgO and Fe2O3 are added and mixed with the tin oxide raw material. In the chamber 11 defined by the crucible 12, the following reactions are carried out:

CuO C = Cu CO CuO C = CuCO

xSnO yC = xSn CO2 xSnO yC = xSn CO2

SnO C = Sn CO SnO C = SnCO

SnO2 2CO = 2Sn 2CO2 SnO2 2CO = 2Sn 2CO2

Zn (s) (+ Q) = Zn (g) Zn(s)(+Q) = Zn(g)

Y, después, en el sistema de captura de humos: And then, in the smoke capture system:

Zn (g) O = ZnO (g) Zn(g)O = ZnO(g)

Como resultado del proceso de reducción o refinación, se obtiene un baño de metal fundido con las siguientes composiciones: Cu: > 98 %; Sn Fe Ni: < 2 %; Zn < 0,5 %. As a result of the reduction or refining process, a molten metal bath is obtained with the following compositions: Cu: > 98%; Sn Fe Ni: < 2%; Zn < 0.5%.

En el presente texto, el término "comprende" y sus derivados (tales como "comprendiendo", etc.) no deberían entenderse en un sentido excluyente, es decir, no debería interpretarse que estos términos excluyen la posibilidad de que lo que se describe y define pueda incluir otros elementos, etapas, etc. In this text, the term "comprises" and its derivatives (such as "understanding", etc.) should not be understood in an exclusive sense, that is, these terms should not be interpreted as excluding the possibility that what is described and defines may include other elements, stages, etc.

En el contexto de la presente invención, el término "aproximadamente" y los términos de su familia (tales como "aproximado", etc.) deben entenderse como un indicador de valores muy cercanos a los que acompañan el término mencionado anteriormente. Esto es, se debe aceptar una desviación dentro de los límites razonables de un valor exacto, porque una persona experta en la materia comprenderá que una desviación de este tipo de los valores indicados es inevitable debido a imprecisiones de medición, etc. Lo mismo se aplica a las expresiones "aproximadamente" y "alrededor de" y "sustancialmente". In the context of the present invention, the term "approximately" and its family terms (such as "approximate", etc.) should be understood as indicating values very close to those accompanying the aforementioned term. That is, a deviation within reasonable limits from an exact value must be accepted, because a person skilled in the art will understand that such a deviation from the indicated values is inevitable due to measurement inaccuracies, etc. The same applies to the expressions "approximately" and "about" and "substantially".

Por otro lado, la invención obviamente no se limita a la o las realizaciones específicas descritas en el presente documento, sino que también abarca cualquier variación que pueda ser contemplada por los expertos en la materia (por ejemplo, en cuanto a la elección de los materiales, dimensiones, componentes, configuración, etc.), dentro del alcance general de la invención como se define en las reivindicaciones. On the other hand, the invention is obviously not limited to the specific embodiment(s) described herein, but also encompasses any variations that may be contemplated by those skilled in the art (for example, regarding the choice of materials , dimensions, components, configuration, etc.), within the general scope of the invention as defined in the claims.

Claims (13)

REIVINDICACIONES 1. Un horno de arco de plasma de corriente continua (1) para fundir y/o tratar un material mediante la producción de arcos eléctricos y proporcionar un producto fundido, comprendiendo el horno (1):1. A direct current plasma arc furnace (1) for melting and/or treating a material by producing electric arcs and providing a molten product, the furnace (1) comprising: un tanque (10) que comprende: un crisol (12) que delimita una cámara (11) configurada para recibir material a fundir y/o tratar; una pluralidad de paredes refractarias que rodean la superficie exterior del crisol (12); y un marco metálico (15) que cubre las paredes refractarias;a tank (10) comprising: a crucible (12) that delimits a chamber (11) configured to receive material to be melted and/or treated; a plurality of refractory walls surrounding the outer surface of the crucible (12); and a metal frame (15) that covers the refractory walls; un sistema de calentamiento configurado para calentar el material recibido, comprendiendo el sistema de calentamiento un primer electrodo que actúa como cátodo (13) y un segundo electrodo (120) que actúa como ánodo, en donde el primer electrodo que actúa como cátodo (13) es un electrodo móvil configurado para proyectarse verticalmente dentro de la cámara (11) delimitada por el crisol (12);a heating system configured to heat the received material, the heating system comprising a first electrode that acts as a cathode (13) and a second electrode (120) that acts as an anode, wherein the first electrode that acts as a cathode (13) It is a mobile electrode configured to project vertically into the chamber (11) delimited by the crucible (12); en donde el crisol (12) está hecho de un material que comprende al menos un 98 % en peso de grafito sintético,wherein the crucible (12) is made of a material comprising at least 98% by weight of synthetic graphite, estando el horno (1)caracterizado por queel crisol (12) forma parte de un sistema anódico, el sistema anódico formado por el crisol (12), conectando dicho segundo electrodo (120) y al menos una parte (12', 12'') el crisol (12) y el segundo electrodo (120), teniendo dicho crisol (12) una doble función: recibir y contener material a fundir y/o tratar y proporcionar conducción eléctrica para el flujo de corriente para calentar dicho material, de tal manera que, cuando el horno está en uso (1), la diferencia de potencial de tensión entre el cátodo (13) y cualquier punto de la superficie del crisol (12) definido para estar en contacto con el material a fundir y/o tratar es la misma; y en donde dicha al menos una parte (12', 12") del sistema anódico comprende: una primera porción alargada (12') que tiene un primer extremo conectado a la pared inferior del crisol (12) y que se extiende radialmente desde el mismo; y una segunda porción alargada (12'') que tiene un primer extremo conectado al segundo extremo de la primera porción alargada (12'), extendiéndose la segunda porción alargada (12'') verticalmente hasta que su segundo extremo (120) asoma fuera del horno (1).the oven (1) being characterized in that the crucible (12) is part of an anodic system, the anodic system formed by the crucible (12), connecting said second electrode (120) and at least one part (12', 12'' ) the crucible (12) and the second electrode (120), said crucible (12) having a double function: receiving and containing material to be melted and/or treated and providing electrical conduction for the flow of current to heat said material, in such a way so that, when the furnace is in use (1), the voltage potential difference between the cathode (13) and any point on the surface of the crucible (12) defined to be in contact with the material to be melted and/or treated it's the same; and wherein said at least one part (12', 12") of the anode system comprises: a first elongated portion (12') having a first end connected to the lower wall of the crucible (12) and extending radially from the same; and a second elongated portion (12'') having a first end connected to the second end of the first elongated portion (12'), the second elongated portion (12'') extending vertically until its second end (120) appears out of the oven (1). 2. El horno (1) de la reivindicación 1, en donde el sistema de calentamiento comprende una antorcha de plasma.2. The oven (1) of claim 1, wherein the heating system comprises a plasma torch. 3. El horno (1) de una cualquiera de las reivindicaciones 1-2, en donde el cátodo (13) está hecho de un material que comprende al menos un 98 % en peso de grafito sintético.3. The furnace (1) of any one of claims 1-2, wherein the cathode (13) is made of a material comprising at least 98% by weight of synthetic graphite. 4. El horno (1) de una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en donde la pluralidad de paredes refractarias dispuestas entre la superficie exterior del crisol (12) y el marco metálico (15) comprende: una primera capa (14A) de material refractario que rodea verticalmente la pared perimetral del crisol (12); una segunda capa (14B) de material refractario que rodea verticalmente la primera capa (14A); una tercera capa (14C) de material refractario dispuesta debajo de la parte inferior del crisol (12); y una cuarta capa (14D) de material refractario que rodea verticalmente la segunda capa (14B) y en contacto con el marco metálico exterior (15).4. The oven (1) of any one of claims 1-3, wherein the plurality of refractory walls arranged between the outer surface of the crucible (12) and the metal frame (15) comprises: a first layer (14A) of refractory material that vertically surrounds the perimeter wall of the crucible (12); a second layer (14B) of refractory material that vertically surrounds the first layer (14A); a third layer (14C) of refractory material arranged under the bottom of the crucible (12); and a fourth layer (14D) of refractory material that vertically surrounds the second layer (14B) and in contact with the outer metal frame (15). 5. El horno (1) de la reivindicación 4, en donde la primera capa (14A) comprende corindón a base de alúmina.5. The furnace (1) of claim 4, wherein the first layer (14A) comprises alumina-based corundum. 6. El horno (1) de la reivindicación 5, en donde la primera capa (14A) está hecha de corindón a base de alúmina autosinterizable que tiene una cantidad de alúmina superior al 85 % en peso.6. The furnace (1) of claim 5, wherein the first layer (14A) is made of self-sintering alumina-based corundum having an amount of alumina greater than 85% by weight. 7. El horno (1) de cualquiera de las reivindicaciones 4-6, en donde la segunda capa (14B) comprende hormigón a base de alúmina.7. The oven (1) of any of claims 4-6, wherein the second layer (14B) comprises alumina-based concrete. 8. El horno (1) de la reivindicación 7, en donde la segunda capa (14B) está hecha de hormigón conformado a base de alúmina que tiene una cantidad de alúmina superior al 90 % en peso.8. The furnace (1) of claim 7, wherein the second layer (14B) is made of formed alumina-based concrete having an amount of alumina greater than 90% by weight. 9. El horno (1) de cualquiera de las reivindicaciones 4-8, en donde la tercera capa (14C) y la cuarta capa (14D) comprenden bauxita calcinada.9. The furnace (1) of any of claims 4-8, wherein the third layer (14C) and the fourth layer (14D) comprise calcined bauxite. 10. El horno (1) de la reivindicación 9, en donde la tercera capa (14C) y la cuarta capa (14D) también comprenden hormigón a base de alúmina.10. The furnace (1) of claim 9, wherein the third layer (14C) and the fourth layer (14D) also comprise alumina-based concrete. 11. El horno (1) de cualquiera de las reivindicaciones 4-10, en donde la cuarta capa (14D) se extiende hacia abajo con respecto a la tercera capa (14C), rodeando las porciones refractarias anteriores dispuestas alrededor del crisol (12).11. The furnace (1) of any of claims 4-10, wherein the fourth layer (14D) extends downward with respect to the third layer (14C), surrounding the previous refractory portions arranged around the crucible (12). . 12. El horno (1) de una cualquiera de las reivindicaciones 4-11, que comprende además una quinta capa (14E) de material refractario que rodea la segunda porción alargada (12") del sistema anódico, siendo la quinta capa (14E) un refractario auto-sinterizable a base de sílice.12. The oven (1) of any one of claims 4-11, further comprising a fifth layer (14E) of refractory material surrounding the second elongated portion (12") of the anode system, the fifth layer (14E) being a self-sintering silica-based refractory. 13. Uso del horno (1) de cualquier reivindicación anterior para fundir o tratar metales y/o desechos metálicos y/o subproductos que contienen metales y otros compuestos químicos.13. Use of the oven (1) of any preceding claim to melt or treat metals and/or metal waste and/or byproducts containing metals and other chemical compounds.
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